礦砂船船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南(初排稿)中

中國(guó)船級(jí)社

礦砂船船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南

2014

2014年7月1日生效

北京Beijing

指導(dǎo)性文件

GUIDANCENOTES

GD08-2014

出版說(shuō)明

為適應(yīng)國(guó)際上當(dāng)前大型礦砂船的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的需要，配合國(guó)家開(kāi)展大型礦砂船

船型開(kāi)發(fā)研究的計(jì)劃，由原國(guó)防科工委立項(xiàng),經(jīng)造船工程學(xué)會(huì)委托，中國(guó)船級(jí)社在

2009年基于我社《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》、《雙舷側(cè)散貨船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指

南》、《油船結(jié)構(gòu)直接計(jì)算分析指南》、《船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度指南》等規(guī)范及指

南的基礎(chǔ)上研究編寫(xiě)了大型礦砂船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指導(dǎo)性文件。

近幾年來(lái),根據(jù)多型礦砂船的審圖、入級(jí)反饋,我社重新修訂了該指導(dǎo)性文件，

形成了《礦砂船船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南》2014稿。

本指南的主要內(nèi)容包括：

1規(guī)定了指南的適用范圍、船型定義、符號(hào)；

2整船直接計(jì)算的建模要求、工況定義、載荷計(jì)算及應(yīng)力衡準(zhǔn)；

3艙段直接計(jì)算的建模要求、工況定義、載荷計(jì)算及應(yīng)力衡準(zhǔn);

4細(xì)化網(wǎng)格詳細(xì)應(yīng)力評(píng)估的部位、建模要求、許用應(yīng)力；

5疲勞強(qiáng)度評(píng)估的部位、計(jì)算方法及衡準(zhǔn)；

6晃蕩載荷要求下的壓力計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估。

目錄

第1章總則

1.1一般規(guī)定

L2定義

1.3構(gòu)件尺寸

第2章貨艙區(qū)域結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算

2.1一般規(guī)定

2.2結(jié)構(gòu)有限元建模

2.3屈服強(qiáng)度評(píng)估

2.4屈曲強(qiáng)度評(píng)估

2.5詳細(xì)應(yīng)力評(píng)估

第3章整船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算

3.1一般規(guī)定

3.2結(jié)構(gòu)有限元建模

3.3工況及載荷

3.4慣性平衡及邊界條件

3.5應(yīng)力衡準(zhǔn)

第4章疲勞強(qiáng)度評(píng)估

4.1一般要求

4.2有限元建模

4.3工況與載荷

4.4疲勞強(qiáng)度評(píng)估方法

4.5主要構(gòu)件應(yīng)力評(píng)估

4.6艙口角隅的應(yīng)力評(píng)估

附錄1礦砂船波浪載荷計(jì)算規(guī)程

第1章總則

1.1一般規(guī)定

1.1.1本指南適用于船長(zhǎng)150米及以上,整個(gè)貨艙區(qū)域內(nèi)通常建有單甲板、兩道

縱向艙壁和雙層底、僅有中間貨艙主要用于運(yùn)輸?shù)V砂貨物的無(wú)限航區(qū)、自航式礦

砂船船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算評(píng)估。礦砂船典型橫剖面圖見(jiàn)1.1.1。

圖1.1.1礦砂船典型橫剖面

1.1.2本指南給出了礦砂船整船、貨艙段主要結(jié)構(gòu)在規(guī)定載荷作用下的強(qiáng)度評(píng)

估方法。1.1.3直接計(jì)算可采用適用的通用程序，如使用非通用程序時(shí),送審單位還應(yīng)

提供所采用的計(jì)算機(jī)程序可靠性說(shuō)明的文件。

1.1.4送審的直接計(jì)算技術(shù)文件應(yīng)包括：

(1所使用的圖紙清單；

(2結(jié)構(gòu)有限元模型的詳細(xì)描述；

(3結(jié)構(gòu)模型和相關(guān)屬性圖形；

(4所使用的材料特性詳細(xì)情況；

(5邊界條件的詳細(xì)描述；

(6所施加的載荷的詳細(xì)情況；

(7描述與載荷有關(guān)的結(jié)構(gòu)模型的響應(yīng)的圖形和結(jié)果;

(8總體和局部變形的歸納與圖形；

(9描述所有構(gòu)件的vonMises應(yīng)力，各方向應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過(guò)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的匯總

和詳圖；

(10板格的屈曲分析和結(jié)果；

(11顯示滿足或不滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果表格輸出；

(12必要時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的建議修改方案，包括修改后的應(yīng)力評(píng)估和屈曲特性。

1.2定義

1.2.1單位制定義

質(zhì)量:噸(t;

長(zhǎng)度:米(m；

時(shí)間:秒(s;

力:牛頓(N或千牛頓(kN;

應(yīng)力:牛頓/毫米2(N/mm2;

壓力:千牛/米2(kN/m2。

1.2.2符號(hào)規(guī)定

L——船長(zhǎng),m;與CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《鋼規(guī)》第2篇第1

章第1節(jié)的定義相同；

B——船寬,m;與《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同；

D型深,m;與《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同;

d——吃水,m;與《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同；

CB——方形系數(shù);與《鋼規(guī)》第2篇第1章第1節(jié)的定義相同;

V-------結(jié)構(gòu)吃水下最大設(shè)計(jì)航速,kn;

g-------重力加速度,g=9.81m/s2;

Cw——波浪系數(shù)；

p-------海水密度,p=1.025t/m3;

ae-------VonMises應(yīng)力（N/mm2,ae=2xyyx2y2x3T◎◎◎◎+-+;

ox-------單元x方向的應(yīng)力（N/mm2;

oy-------單元y方向的應(yīng)力（N/mm2;

Txy-------單元xy平面的剪應(yīng)力（N/mm2;

ol——船體梁縱向的應(yīng)力（N/mm2;

oa-------梁?jiǎn)卧S向應(yīng)力（N/mm2;

aw-------船體梁橫向或垂向的應(yīng)力（N/mm2;

T——腹板總深度的平均剪應(yīng)力（N/mm2;

K——材料換算系數(shù)，見(jiàn)《鋼規(guī)》第2篇第1章第5節(jié)；

E——材料彈性模量。對(duì)鋼材,E=2.06x105N/mm2;

v——材料泊松比。對(duì)鋼材,v=0.3。

1.3構(gòu)件尺寸

1.3.1除另有規(guī)定外，本指南直接計(jì)算中的構(gòu)件尺寸指的是建造尺寸。

第2章貨艙區(qū)域結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算

2.1一般規(guī)定

2.1.1對(duì)于船長(zhǎng)在15()米及以上的礦砂船，應(yīng)基于三維有限元分析進(jìn)行貨艙區(qū)主

要構(gòu)件的直接強(qiáng)度評(píng)估。

2」.2艙段區(qū)域結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元直接計(jì)算分析按以下要求進(jìn)行：

(1結(jié)構(gòu)有限元模型的生成按照本章2.2要求進(jìn)行；

(2屈服強(qiáng)度直接計(jì)算分析按照本章2.3要求進(jìn)行；

(3屈曲強(qiáng)度直接計(jì)算分析按照本章2.4要求進(jìn)行；

(4詳細(xì)應(yīng)力分析按照本章2.5要求進(jìn)行；

2.1.3艙段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算分析的流程圖見(jiàn)圖2.1.3。

圖2.1.3艙段有限元直接計(jì)算流程

2.2結(jié)構(gòu)有限元建模

2.2.1一般要求

221.1用于貨艙區(qū)主要構(gòu)件屈服強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、詳細(xì)應(yīng)力評(píng)估以及用于疲

勞分析的熱

點(diǎn)應(yīng)力評(píng)估的三維有限元模型應(yīng)按照本節(jié)要求進(jìn)行。

221.2所有主要構(gòu)件應(yīng)在有限元模型中建模,包括:外殼和內(nèi)殼、雙層底肋板和

桁材系統(tǒng)、橫框架和垂直桁材、水平縱桁以及橫艙壁和縱艙壁。這些構(gòu)件上的所

有板和扶強(qiáng)材均應(yīng)建模。

2.2.2模型范圍

222.1用于屈服強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、詳細(xì)應(yīng)力評(píng)估直接計(jì)算的艙段有限元模型，

應(yīng)選取貨艙區(qū)以目標(biāo)艙為中心，船艇各延伸1/2貨艙長(zhǎng)，即1/2個(gè)貨艙+1個(gè)貨艙+1/2

個(gè)貨艙，見(jiàn)圖2.221(1。模型端部應(yīng)延伸至鄰近強(qiáng)框架位置，見(jiàn)圖2.221(2。垂向范

圍為船體型深,包括艙口圍板結(jié)構(gòu)。如艙段結(jié)構(gòu)與計(jì)算載荷對(duì)稱與縱中剖面,模型

可取左舷,即橫向?yàn)榇w型寬的一半。評(píng)估目標(biāo)艙為中間艙段包括前后艙壁、凳結(jié)

構(gòu)區(qū)域。

圖2.221(2艙段有限元模型

222.2用于疲勞強(qiáng)度的熱點(diǎn)應(yīng)力評(píng)估的有限元模型，應(yīng)選取貨艙區(qū)以目標(biāo)艙為

中心的三艙段全寬模型,且端部需根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)包括完整的艙壁、凳結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖

222.2。

txxneads(oo1

圖222.2艙段有限元全寬模型

2.2.3坐標(biāo)系規(guī)定

x——沿船長(zhǎng)方向，向首為正；

y------沿橫向，從縱中剖面向左舷為正;

z——沿垂向，基線向上為正。

224艙段有限元模型

2.2.4.1選擇單元類型應(yīng)按照以下原則:

(1承受側(cè)向載荷的扶強(qiáng)材使用梁?jiǎn)卧?，不承受?cè)向載荷的扶強(qiáng)材可使用桿單

兀。

(2船體的內(nèi)外殼板、強(qiáng)框架、縱桁、肋板、平面艙壁桁材、肋骨等的高腹板

以及槽型艙壁和壁凳用板單元模擬。建模中應(yīng)盡可能使用少使用三角形單元，特別

是高應(yīng)力區(qū)域和開(kāi)孔周圍、肘板連接處和折角連接處等應(yīng)力梯度大的區(qū)域，應(yīng)避免

使用三角形單元。(3板單元長(zhǎng)寬比應(yīng)不超過(guò)3,在可能產(chǎn)生高應(yīng)力或高應(yīng)力梯度的

區(qū)域，板單元的長(zhǎng)寬比應(yīng)盡可能接近lo

224.2有限元網(wǎng)格應(yīng)盡可能遵從結(jié)構(gòu)中骨材的實(shí)際排列方式，以表示骨材之間

的實(shí)際板格，具體劃分時(shí)應(yīng)按照以下原則：

(1船底板、舷側(cè)外板、甲板、縱艙壁、內(nèi)底板，橫向每相鄰兩個(gè)縱骨之間為一

個(gè)單元,沿縱向，單元長(zhǎng)度應(yīng)不大于縱骨間距的兩倍;對(duì)于邊艙橫艙壁、制蕩艙壁，每

相鄰垂直扶強(qiáng)材之間為一個(gè)單元;橫框架、垂直桁材、撐材和水平桁材上,每相鄰

腹板加強(qiáng)筋之間為一單元。

(2雙層底縱桁和肋板、甲板強(qiáng)橫梁、邊艙強(qiáng)框架及其水平桁、邊艙橫撐材沿

腹板高度至少劃分3個(gè)網(wǎng)格。如果腹板高度較小,則可以劃分兩個(gè)網(wǎng)格，但在腹板

每?jī)蓚€(gè)相鄰加強(qiáng)筋之間至少為一個(gè)網(wǎng)格,且與相鄰構(gòu)件的網(wǎng)格匹配。

(3邊艙強(qiáng)框架的網(wǎng)格應(yīng)描述強(qiáng)框架上開(kāi)孔的實(shí)際形狀;對(duì)主要支撐構(gòu)件的大肘

板自由邊的曲率應(yīng)準(zhǔn)確描述，以避免由于幾何不連續(xù)導(dǎo)致不真實(shí)的高應(yīng)力。

(4槽形艙壁和壁凳應(yīng)用殼單元建模,模型應(yīng)包括壁凳隔板和壁凳板上的內(nèi)部縱

向、垂向加強(qiáng)筋，槽條面板、腹板的殼單元網(wǎng)格應(yīng)遵循壁凳的骨材間距。

(5以梁?jiǎn)卧５墓遣?，?yīng)與實(shí)際結(jié)構(gòu)位置匹配，彎曲中心或者剪切中心偏移方

向與帶板法線方向一致，并與板單元協(xié)調(diào)。

224.3在前后端面中和軸與縱中剖面相交處各建一個(gè)獨(dú)立點(diǎn)，端面各縱向構(gòu)件

節(jié)點(diǎn)自由度與獨(dú)立點(diǎn)相關(guān)。

2.2.4.4結(jié)構(gòu)尺寸采用船舶建造厚度,應(yīng)充分反應(yīng)基于強(qiáng)度原因的加強(qiáng)，但對(duì)于船

東的特殊設(shè)計(jì)要求的尺寸或加強(qiáng)不予考慮。

224.5板單元許用應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)采用的是膜應(yīng)力，即:彎曲板單元的中面應(yīng)力。梁?jiǎn)?/p>

元采用的是軸向應(yīng)力。

2.2.5細(xì)化網(wǎng)格模型

2.2.5.1按照本章2.5進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力評(píng)估的有限元模型中高應(yīng)力區(qū)域的網(wǎng)格細(xì)化

應(yīng)滿足本條要求。

2.2.5.2高應(yīng)力區(qū)域細(xì)化分析模型使用以下兩種方法：

(1細(xì)化區(qū)域可直接包含在整船分析的有限元模型中。

(2細(xì)化區(qū)域的詳細(xì)應(yīng)力可用單獨(dú)的子模型分析。

225.3細(xì)化網(wǎng)格劃分應(yīng)滿足以下原則：

(1細(xì)化區(qū)域的單元尺寸應(yīng)為相應(yīng)區(qū)域普通扶強(qiáng)材間距的四分之一左右或八分

之一左右。

(2單元的長(zhǎng)寬比不超過(guò)3,四邊形單元的角應(yīng)盡可能為90。,或者在45。和135°

之間，應(yīng)盡量避免三角形單元的使用。

(3細(xì)化網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)所有板材應(yīng)以板單元表示，包括扶強(qiáng)材。

226精細(xì)網(wǎng)格模型

2.2.6.1按照第4章要求進(jìn)行疲勞分析的熱點(diǎn)應(yīng)力評(píng)估的有限元模型的熱點(diǎn)區(qū)域

精細(xì)網(wǎng)格細(xì)化應(yīng)滿足本條要求。

2.262用于熱點(diǎn)應(yīng)力評(píng)估的整艙段有限元模型范圍應(yīng)滿足2.222要求,熱點(diǎn)區(qū)

域應(yīng)采用精細(xì)網(wǎng)格建模，見(jiàn)圖226.2。

圖2.262精細(xì)網(wǎng)格的整體艙段模型的部分

2.2.6.3熱點(diǎn)區(qū)域精細(xì)網(wǎng)格單元尺寸應(yīng)近似等于評(píng)估區(qū)域的板凈厚度,單元長(zhǎng)寬

比應(yīng)接近1,過(guò)渡網(wǎng)格應(yīng)從熱點(diǎn)位置向外所有方向至少四分之一肋骨范圍。

圖226.4精細(xì)網(wǎng)格過(guò)渡區(qū)域示意圖

2.2.6.4網(wǎng)格尺寸應(yīng)從精細(xì)網(wǎng)格逐漸過(guò)渡到細(xì)化網(wǎng)格，過(guò)渡區(qū)域如圖226.4所

示。過(guò)渡區(qū)域內(nèi)所有構(gòu)件，包括肘板、扶強(qiáng)材、縱骨、橫框架面板凳，應(yīng)使用板單元

建模。焊接的幾何形狀不必建模。

2.2.6.5精細(xì)網(wǎng)格有限元模型單元尺寸采用凈厚度，按照建造厚度減去().5tc求

得。主要構(gòu)件腐蝕增量tc見(jiàn)表2.265。

船體主要構(gòu)件腐蝕增量表2.265

(1干散貨艙上部對(duì)應(yīng)于貨艙高速的上三分之一區(qū)域。

(2縱艙壁為整體傾斜,則為內(nèi)底向上1/3區(qū)域?？v艙壁為上部垂直下部?jī)A斜，則

為下部?jī)A斜區(qū)域。

2.3屈服強(qiáng)度評(píng)估

2.3.1一般要求

2.3.1.1貨艙區(qū)船體結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度評(píng)估應(yīng)按照本節(jié)要求進(jìn)行。

2.3.2計(jì)算工況

2.3.2.1屈服強(qiáng)度典型計(jì)算工況的選取按照表2.321的要求。

232.2對(duì)于裝載手冊(cè)中未設(shè)計(jì)多港裝載的船舶,多港口1(MP1＞多港口

2(MP2、多港口3(MP3、多港口4(MP4、多港口5(MP5、多港口6(MP6可不校

核。

2.3.2.3除表2.321規(guī)定的典型工況,還應(yīng)考慮裝載手冊(cè)中其他特殊裝載工況。

2.3.2.4對(duì)于擬取得EL100附加標(biāo)志的船舶,應(yīng)補(bǔ)充下述快速裝載過(guò)程中的港內(nèi)

工況;如快速裝載手冊(cè)中存在更為嚴(yán)重的其它裝載工況,也應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)

算。屈服強(qiáng)度計(jì)算工況表2.321

注：

TSC:結(jié)構(gòu)吃水;TNB:正常壓載吃水;THB:重壓載吃水。壓載吃水以該壓載

工況船中最大吃水為準(zhǔn)。MSW,S:中垂許用靜水彎矩;MSW,H:中拱許用靜水彎矩;

MSW,P,S:中垂許用港內(nèi)靜水彎矩;MSW,P,H:中拱許用港內(nèi)靜水彎矩

MFull:均勻裝載工況下，貨艙內(nèi)貨物去虛擬密度(載貨量/艙容,最小取1.0t/m3

裝至艙口圍頂部時(shí)

的載貨量,t;MH:最大吃水時(shí)，均勻裝載下貨艙內(nèi)實(shí)際載貨量,t。

重貨密度按裝載手冊(cè)中最大貨物密度取值。

EL100標(biāo)志，應(yīng)計(jì)算港內(nèi)3-8工況。

如邊艙中存在永久性的空艙，在計(jì)算中作為空艙處理。

2.3.3載荷計(jì)算

2.3.3.1外部載荷

(1滿載工況

舷外水壓力由靜水壓力和波浪水動(dòng)壓力兩部分組成

在基線處：wbCdP5.110+=kN/m2

在水線處:wwCP3=kN/m2

在舷側(cè)頂端處：()3PPs=kN/m2

甲板上的水動(dòng)壓力：()4.2PPd=kN/m2

式中：

(67.00dDCPw-=

300m

L90m100300(75.105.1

?—=LCw

350mL300m75.10?=

500m

L350m150350(75.105.1<<-=L

(2其他狀態(tài)

在基線處：abdP10=kN/m2

在水線處:0.0=wPkN/m2

式中:da——對(duì)應(yīng)裝載工況下的實(shí)際吃水,mo

上述給出了基線、水線、舷側(cè)頂端處的水動(dòng)壓力計(jì)算公式，舷側(cè)其他部位的舷

外水壓力按線性插值確定。

2.3.3.2內(nèi)部載荷

(1礦砂產(chǎn)生的壓力按下式計(jì)算

dbb

cihkCa

P35.01(100

+=pkN/m2

式中：

cp------貨物密度,t/m3;

1067.0100300(75.10[3

5.10LVL

La+--=(90m<L<300m

]2.025.32[1

LVL+=(300m<L<500m

013a222cos5.045(tansin+-=obk

a——板與水平面之間的夾角(如,艙壁、舷側(cè)板為9()0,內(nèi)底板為0o;

8——貨物的休止角(礦石為35o;

hd——計(jì)算點(diǎn)至貨物頂面的垂直距離,m。貨物頂面的橫向形狀如圖233.2,

船長(zhǎng)方向認(rèn)為是均勻分布的。

貨物頂面,沿縱向均布;沿橫向，為拋物線方程：

1(22

bs

yhzs-x=

b=B1/2,B1為拋物線頂面與艙壁相交處連線寬度（5=35o

拋物線部分的面積為A=5tan322

b

zhhzhdbsd-++=0

式中：

hd——貨物頂面至計(jì)算點(diǎn)的距離,m;

zs——貨物頂面至連線的距離,m;

hdb——雙層底高度,m;

z——計(jì)算點(diǎn)的垂向坐標(biāo),從基線量起,m;

hO——應(yīng)根據(jù)該艙的載貨量、貨物密度以及橫剖面形狀計(jì)算,m。

圖233.2貨物頂面形狀

(2液體壓力

壓載艙內(nèi)液體產(chǎn)生的壓力通過(guò)下式確定：

0(2.5Pghp=+kN/m2

式中：

pO——艙內(nèi)液貨的密度,不小于1.025t/m3;

h——艙頂?shù)接?jì)算點(diǎn)的垂直距離,mo

2.333端面彎矩

端面彎矩施加在模型前后端面的獨(dú)立點(diǎn)上，按照下式計(jì)算:

rwsMMMM-+=

式中：

Ms——靜水彎矩，取許用靜水彎矩，當(dāng)采用半寬模型時(shí)，取1/2值；

Mw——波浪彎矩，按233.3(1計(jì)算，當(dāng)采用半寬模型時(shí)，取1/2值；

Mr——局部載荷產(chǎn)生的附加彎矩，按2.333(2計(jì)算；

(1船體梁各橫剖面的中拱波浪彎矩(+和中垂波浪彎矩(-應(yīng)按下列公式計(jì)算：

WM(+=1902

MwBFCLBCx310

WM(-=-1102MwFCLB(BC+0.7x3

1()

kN-m

式中：

FM——彎矩分布系數(shù)，見(jiàn)圖233.3。

FFEAE

圖2.333彎矩分布系數(shù)

L——規(guī)范船長(zhǎng),m;

B——船寬,m;

CB——方形系數(shù)，但計(jì)算取值不小于().60;

Cw——系數(shù)，按2.331(1計(jì)算：

(2彎矩Mr是由于局部載荷引起的附加彎矩，按以下方法計(jì)算。

(a當(dāng)如圖2.2.1所示的L1=L2-0.5Lm時(shí)

記中間艙段模型的線性均布?jí)毫镼m,兩端艙段的線性均布?jí)毫镼e,沿

Z軸正向?yàn)檎?/p>

mmcagrobmLWbPQ/-x=

eecagrobeLWbPQ/-x=

式中：

Pb——船底外壓，見(jiàn)2.3.3.1,kN/m2;

Wmcargo——中間貨艙的貨物重量(含壓載水的重量，當(dāng)采用半寬模型時(shí)，取艙

內(nèi)總重量的一半,kN;

第13頁(yè)

Wecargo——端部貨艙的貨物重量(含壓載水的重量，當(dāng)采用半寬模型時(shí)，取艙

內(nèi)總重量的一半,kN;

Le------與Wecargo對(duì)應(yīng)的端部貨艙長(zhǎng)度，m;

Lm——中間貨艙長(zhǎng)度,m;

L0一段模型的總長(zhǎng)度,m;

b——模型的寬度，當(dāng)采用半寬模型時(shí)等于B/2,B為型寬,m;

2

02

321323LQLQMemrx+x=kNm

（b當(dāng)如圖2.1.1所示的L屏L2#）.5Lm時(shí)，可用梁彎曲理論進(jìn)行計(jì)算,壓力采用

（a中建議的值,Mr取模型中目標(biāo)艙區(qū)域中拱時(shí)最大值或中垂時(shí)最小值。。

2.3.4邊界條件

2.3.4.1如果載荷左右對(duì)稱,則縱中剖面內(nèi)節(jié)點(diǎn)的橫向線位移為0,繞縱中剖面內(nèi)

兩個(gè)坐標(biāo)軸的角位移為0,即:by=0x=0z=0;

2.3A.2如果載荷左右反對(duì)稱，則縱中剖面內(nèi)節(jié)點(diǎn)沿縱中剖面內(nèi)兩個(gè)坐標(biāo)軸方向

的線位移為0,繞垂直于縱中剖面的坐標(biāo)軸的角位移為0,即:6x=8z=0y=0;

2.3.4.3端面約束:一端獨(dú)立點(diǎn)約束8x,8y,8z,0x,0z，另一端獨(dú)立點(diǎn)約束8y,8z,

0x,0z，如表234.3;

圖234.1端面約束

邊界條件施加表（載荷對(duì)稱半寬模型表234.3

注：

①cons.------表示對(duì)應(yīng)的位移約束；

②Link——面內(nèi)相關(guān)點(diǎn)位移與獨(dú)立點(diǎn)連接；

③BM------端面所受的總體彎矩。

④采用全寬模型，無(wú)縱中剖面約束，在表2.343基礎(chǔ)上，端面A、B須關(guān)聯(lián)y位

移。2.3.5許用應(yīng)力

2.3.5.1對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)工況主要構(gòu)件的應(yīng)力一般不超過(guò)表235.1中給出的值。

2.352對(duì)于艙壁，槽型端部的應(yīng)力可以通過(guò)艙壁板內(nèi)的平均應(yīng)力外推得到。

2.3.5.3平均剪應(yīng)力t系指主要構(gòu)件的腹板深度范圍內(nèi)的平均剪應(yīng)力。

2.354對(duì)于應(yīng)力集中和形狀很差的單元應(yīng)力可以不采納。

最大許用應(yīng)力表2.351

第14頁(yè)

2.4屈曲強(qiáng)度評(píng)估

2.4.1一般要求

2.4.1.1采用有限元方法評(píng)估貨艙區(qū)主要構(gòu)件的平板屈曲強(qiáng)度應(yīng)按照本節(jié)要求進(jìn)

行。2.4.1.2屈曲強(qiáng)度評(píng)估有限元模型按照本章2.2節(jié)要求進(jìn)行，計(jì)算工況與載荷按

照2.3節(jié)屈服強(qiáng)度要求進(jìn)行。

2.4.1.3貨艙區(qū)主要構(gòu)件下列區(qū)域在進(jìn)行屈曲強(qiáng)度評(píng)估是應(yīng)引起注意:

(1雙層底肋板,特別在艙段中間部位

(2雙層底縱桁和舷側(cè)縱桁，特別是：

?臨近艙壁或凳的艙的兩端

?從艙壁或底凳算起的第一個(gè)開(kāi)孔板

?在艙中部

(3頂艙，甲板和舷側(cè)內(nèi)外板

(4船底板和內(nèi)底板，特別是：

?臨近艙壁或凳的艙的兩端

?艙中部

(5艙壁和凳板，特別是：

?在跨中和鄰近凳的部位

?凳的外側(cè)板

241.4平板屈曲計(jì)算基于表241.4中給出的標(biāo)準(zhǔn)減縮厚度。

241.5在屈曲計(jì)算中，所必需的最小屈曲安全系數(shù)入如表2.4.2所示。

第15頁(yè)

標(biāo)準(zhǔn)減縮厚度，用來(lái)計(jì)算臨界屈曲應(yīng)力表241.4平板屈曲所需要的安全因子入

表2.4.1.5

2.4.2計(jì)算方法

2.4.2.1有限元模型應(yīng)滿足2.2節(jié)結(jié)構(gòu)建模要求，網(wǎng)格按照基本網(wǎng)格建模。

2.4.2.2工況定義、載荷計(jì)算和邊界條件按照2.3節(jié)要求進(jìn)行。

242.3應(yīng)考慮雙向軸向壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，一般情況下板內(nèi)的中面應(yīng)力用來(lái)計(jì)算

屈曲計(jì)算。

2.424屈曲強(qiáng)度，按以下要求進(jìn)行：

(1由有限元計(jì)算得到的應(yīng)力，按表2.4.1.4的標(biāo)準(zhǔn)減薄厚度進(jìn)行應(yīng)力修正。

oA=ot/(t-tr

式中：

oA——屈曲計(jì)算中的工作應(yīng)力；

o——由有限元計(jì)算得到的應(yīng)力；

t——有限元計(jì)算中所使用的原始板厚值；

tr——表341中所列的標(biāo)準(zhǔn)減薄厚度。

(2臨界屈曲應(yīng)力及彈塑性修正

①短邊受壓板格彈性臨界屈曲應(yīng)力oxcr_e定義如下：

第16頁(yè)

第17頁(yè)22_12(12(1xcrexEtkCs

nav=-N/mm2式中：

kx——短邊受壓屈曲系數(shù)，見(jiàn)表2.424(1要求計(jì)算；

C1——邊界約束系數(shù)，見(jiàn)表2.424(2,同時(shí)還應(yīng)考慮以下情況：

C=1.3,由肋板或高腹板梁扶強(qiáng)的板格;

C=1.21,加強(qiáng)筋是角鋼或T型材；

C=1.10,加強(qiáng)筋是球扁鋼；

C=1.05,加強(qiáng)筋是扁鋼；

t------板格厚度,mm;

s——板格的短邊長(zhǎng)度,mm。取縱骨、加強(qiáng)筋或扶強(qiáng)材間距;x——定義為板

格長(zhǎng)邊軸向。

板格屈曲系數(shù)表2.424(1

第18頁(yè)

3232

1S1S<>

板格邊界約束系數(shù)Cl、C2表2.424(2

②長(zhǎng)邊受壓板格彈性臨界屈曲應(yīng)力oycr_e定義如下：

22

_22

(12(1yere

yEtkCs

7tov="N/mm2式中：

ky——長(zhǎng)邊受壓屈曲系數(shù)，按表2.424(1計(jì)算:C2邊界約束系數(shù)，按表

2.4.2.4(2計(jì)算;y——定義為板格短邊軸向。其余符號(hào)同①

③受剪切板格彈性臨界屈曲應(yīng)力Tcr_e定義如下：

22

_22

(12(1yere

yEtkCs

7TTV=-N/mm2式中：

第19頁(yè)

2

434.51s

kt(+=

其余符號(hào)同①、②。

④應(yīng)對(duì)板格的臨界彈性屈曲應(yīng)力進(jìn)行修正，彈塑性修正公式如下:

(

—(_

(_2

(142

eHxcre

xcre

yereyerexcreH

eH

yereHxcrexcreyereyereRRRRooo

o

Q

<

>

當(dāng)當(dāng)

>

-<=2

41(2

S

eereerSSS

ecre

crcrTTTT

TTTTT當(dāng)

當(dāng)

式中：

oxcr_e>eycr_e、xcre------分別為板格在單軸應(yīng)力作用下的X軸、Y軸的彈

性臨界屈曲壓應(yīng)力和臨界屈曲剪應(yīng)力,見(jiàn)①、②、③;ReH——材料屈服強(qiáng)度，

N/mm2;TS-------

3

S

Oo(3屈曲強(qiáng)度校核

①按表2.424(3計(jì)算板格在復(fù)合應(yīng)力作用下的臨界屈曲應(yīng)力與計(jì)算的實(shí)際壓

應(yīng)力之比九應(yīng)不小于表241.5中的安全因子。

②ox、oy、txy在計(jì)算時(shí)取絕對(duì)值計(jì)入。若X軸、Y軸的工作應(yīng)力為拉應(yīng)

力時(shí),該應(yīng)力分量取為零。

入計(jì)算值表2.424(3

第20頁(yè)

式中：

xcr

xyery1oooo=

k,xcr

xcrxy2OOTT=

k,yer

ycrxy3OOTT=

k

注：

①ex、cy、Txy分別為板格中板單元所受的X軸、Y軸的工作壓應(yīng)力和剪

應(yīng)力。

②oxer、oyer>ter分別為板格在單軸應(yīng)力作用下的X軸、Y軸的彈塑性修

正后的臨界屈曲壓應(yīng)力和臨界屈曲剪應(yīng)力。

2.5詳細(xì)應(yīng)力評(píng)估

2.5.1一般要求

2.5.1.1貨艙區(qū)主要構(gòu)件詳細(xì)應(yīng)力評(píng)估應(yīng)按照本節(jié)要求進(jìn)行。2.5.2評(píng)估部位

(1規(guī)定的部位應(yīng)進(jìn)行細(xì)化網(wǎng)格有限元分析

(2規(guī)定的部位，如果在艙段模型分析中相當(dāng)應(yīng)力超出90%許用應(yīng)力時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行

細(xì)化網(wǎng)格有限元分析。細(xì)化的部位為：

(a縱艙壁與內(nèi)底板相交處;(b縱艙壁折角處;(c縱艙壁與甲板相交處;(d槽型橫

艙壁與底凳相交處;(e底凳與內(nèi)底相交處;(f艙口角隅處；

(g平面橫艙壁水平桁的趾端;

(h平面橫艙壁垂直扶強(qiáng)材與甲板縱骨、外底縱骨相交處;(i高應(yīng)力區(qū)域開(kāi)孔

處。253有限元模型

2.5.3.1艙段整體模型應(yīng)按照2.2節(jié)要求進(jìn)行,細(xì)化網(wǎng)格模型應(yīng)滿足225要求。

253.2采用子模型方法細(xì)化時(shí),子模型的最小范圍是:子模型的邊界對(duì)應(yīng)于相鄰主要

支撐構(gòu)件所在的位置。

2.5.3.3對(duì)于252(2中e~h部位，如果細(xì)化網(wǎng)格尺寸不足以模擬結(jié)構(gòu)細(xì)部，則可

采用更小的網(wǎng)格尺寸。

2.5.4細(xì)化網(wǎng)格強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

2.5.4.1細(xì)化網(wǎng)格尺寸為1/4骨材間距時(shí),以粗網(wǎng)格應(yīng)力衡準(zhǔn)的1.2倍為許用應(yīng)

力。254.2當(dāng)按253.3采用更小的網(wǎng)格尺寸,2.5.4.1應(yīng)力衡準(zhǔn)適用于與之規(guī)定尺寸

的單個(gè)單元相當(dāng)?shù)膮^(qū)域中所包含的所有單元的平均應(yīng)力。

第3章整船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算

3.1一般規(guī)定

3.1.1對(duì)于船長(zhǎng)在350米及以上的礦砂船，應(yīng)進(jìn)行整船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算。對(duì)于

船長(zhǎng)在30()米及以上的礦砂船,一般應(yīng)采用整船結(jié)構(gòu)直接計(jì)算方法對(duì)其貨艙區(qū)主要

結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。

3.1.2對(duì)擬采用直接計(jì)算法進(jìn)行整船主要結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度(不包括扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度評(píng)估的

礦砂船，其計(jì)算模型、載荷工況及載荷計(jì)算、強(qiáng)度衡準(zhǔn)可按本指南的規(guī)定。

3.1.3整船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元直接計(jì)算流程見(jiàn)圖3.1.3。

圖3.1.3整船結(jié)構(gòu)直接計(jì)算流程圖

第21頁(yè)

3.2結(jié)構(gòu)有限元建模

3.2.1有限元模型范圍

整船三維有限元模型應(yīng)覆蓋整個(gè)船長(zhǎng)、船寬范圍的船體結(jié)構(gòu),包括所有的船體

主要構(gòu)件,如甲板結(jié)構(gòu)、舷側(cè)結(jié)構(gòu)、雙層底結(jié)構(gòu)、橫艙壁、內(nèi)殼縱艙壁、腦腱結(jié)構(gòu)

等;機(jī)艙內(nèi)主機(jī)、上層建筑、尾軸等可以作適當(dāng)簡(jiǎn)化處理;小肘板、小開(kāi)口或開(kāi)孔可

忽略。典型礦砂船整船有限元模型如圖321所示。

3.2.2坐標(biāo)系

整船模型的總體坐標(biāo)系采用右手直角坐標(biāo)系，原點(diǎn)設(shè)在目標(biāo)船縱中剖面內(nèi)尾垂

線和基線相交處：

x軸:縱向軸，從船艇指向船艄為正；

y軸:橫向軸，從中心線向左舷為正；

z軸:垂向軸，從基線向上為正。

圖3.2.1.典型礦砂船整船有限元模型

3.2.3有限元建模

323.1選擇單元類型應(yīng)按照224.1的要求。主機(jī)、大型設(shè)備，可采用集中質(zhì)量

單元建模。軸向受拉壓作用的支柱可采用桿單元建模。

3.2.3.2有限元網(wǎng)格劃分原則按照2.242的要求。并對(duì)貨艙區(qū)域以外結(jié)構(gòu)，應(yīng)符

合以下要求：

(1貨艙以外區(qū)域，若采用橫骨架式的甲板、平臺(tái)、外板，以相鄰兩個(gè)橫骨之間為

一個(gè)網(wǎng)格,寬度方向不能大于兩個(gè)橫骨間距,并且與相鄰構(gòu)件網(wǎng)格協(xié)調(diào);其他主要構(gòu)

件板單元的網(wǎng)格劃分,參照貨艙區(qū)網(wǎng)格劃分方法，以骨材、加強(qiáng)筋的實(shí)際位置作為

網(wǎng)格劃分依據(jù)，對(duì)構(gòu)件連接區(qū)域、型線變化大的區(qū)域，可適當(dāng)進(jìn)行局部調(diào)整。

(2腦尖艙、艦尖艙及機(jī)艙，以簡(jiǎn)化或等效處理方式建模，須滿足計(jì)算精度要求。

并且考慮剪切工況中最大剪力位置出現(xiàn)在艄解區(qū)域時(shí),須保證該區(qū)域網(wǎng)格與貨艙區(qū)

具有相同的精度。

第22頁(yè)

3.2.4細(xì)化網(wǎng)格模型

3.2.4.1整船有限元計(jì)算下列區(qū)域應(yīng)力結(jié)果超過(guò)3.5.1規(guī)定的許用應(yīng)力的95%時(shí),

則應(yīng)予以細(xì)化網(wǎng)格分析：

(1應(yīng)力最大的橫向主要支撐構(gòu)件:雙層底、邊艙、縱艙壁；

(2橫艙壁及相關(guān)底凳:槽條與底凳的連接部分應(yīng)力最大處、底凳與內(nèi)底的連接

部應(yīng)力最大處；

(3內(nèi)底與斜縱艙壁的連接部應(yīng)力最大處:內(nèi)底、斜縱艙壁、肋板、縱桁；

(4應(yīng)力最大的艙口角隅處的甲板。

3.2.4.2細(xì)化分析模型可采用225.2的兩種方法。

324.3細(xì)化網(wǎng)格劃分應(yīng)滿足225.3的要求。

325空船重量、重心調(diào)整

3.2.5.1調(diào)整原則

整船模型以艙段進(jìn)行屬性定義，保證整船質(zhì)量分布應(yīng)與船舶靜水浮態(tài)相匹配。

總重力與總浮力的誤差不超過(guò)排水量的0.0001倍。且質(zhì)心與浮心的縱坐標(biāo)誤差不

大于0.0025L,橫向坐標(biāo)誤差不大于0.001B。

325.2調(diào)整方法

(1對(duì)于陋裝、建模引起的差異,可以通過(guò)修改材料密度進(jìn)行調(diào)整；

(2對(duì)于大型設(shè)備，如主機(jī)等,可采用虛擬梁?jiǎn)卧蚣匈|(zhì)量單元等方法進(jìn)行調(diào)

整。

3.3工況及載荷

3.3.1每一計(jì)算工況由裝載工況和波浪載荷工況組成。一般應(yīng)計(jì)算的裝載工況

見(jiàn)表3.3.1,如有隔艙裝載、多港等工況，也應(yīng)考慮作為計(jì)算工況。

3.3.2分別選取裝載手冊(cè)中典型裝載下中拱、中垂最大靜水彎矩和靜水剪力最

大的工況作為裝載工況。

3.3.3在上述裝載工況基礎(chǔ)上疊加相應(yīng)的波浪載荷工況見(jiàn)表3.3.3。采用波浪載

荷預(yù)報(bào)直接計(jì)算程序計(jì)算波浪載荷(參見(jiàn)附錄1,主要控制參數(shù)應(yīng)為垂向波浪彎矩、

垂向波浪剪力,概率水平一般取10-8。

3.3.4載荷的確定

礦砂船的載荷包括外部水壓力、貨艙內(nèi)貨物載荷和液艙內(nèi)部的載荷。各載荷

分量計(jì)算如下。

3.3.4.1外部水壓力

外部水壓力包括外部靜水壓力和波浪水動(dòng)壓力。(1外部靜水壓力

(

SSLCpgTzp=-

式中：

pS——海水密度，取1.025t/m3;

g——重力加速度，取9.81m/s2;

TLC——所考慮裝載工況下的吃水,m;

Z載荷點(diǎn)的垂向坐標(biāo),m，且應(yīng)不大于TLC,見(jiàn)圖3.3.4.U

圖3.3.4.1舷外海水靜壓力

按計(jì)算工況的吃水，作用在船體外部濕表面。（2波浪水動(dòng)壓力

用波浪載荷直接計(jì)算方法求得濕表面單元上的波動(dòng)壓力，施加于船體外殼單元

上（參見(jiàn)附錄1o

334.2貨艙內(nèi)礦砂載荷

貨艙內(nèi)礦砂載荷包括由礦砂引起的靜壓力、慣性壓力和剪切載荷。（1礦砂引

起的靜壓力貨艙內(nèi)礦砂的靜壓力由下式計(jì)算

（CSCCCDBpgKhhzp=+-

（2礦砂引起的慣性力

貨艙內(nèi)礦砂由于船體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力,由下式計(jì)算:

(((0.250.25CWCXGYGCZCDBpaxxayyKahhzp=-+-++J1LJ

(3礦砂引起的剪切載荷

靜水中礦砂由于重力引起的剪切載荷PCS-S(向下至內(nèi)底板為正值，kN/m2,由

下式得出：

(sincossinCSSCCDBPghhzp\|/aa-=+-

波浪中礦砂由于垂向加速度引起的剪切載荷PCW-S-V(向下至內(nèi)底板為正值，

kN/m2,由下式得出：

(sincossinCWSVCZCDBPahhzp\|/aa—=+-

波浪中礦砂由于縱向加速度引起的剪切載荷PCWSL(向前為正值，kN/m2,由

下式得出：

((0.75cos0.75CXCDBCWSL

CXCDBahhzPahhzpap—+-(I

貨艙內(nèi)縱向構(gòu)件

貨艙內(nèi)橫向構(gòu)件波浪中礦砂由于橫向加速度引起的剪切載荷PCW-S-T(上風(fēng)

舷為正值，kN/m2,由下式得出：

((YY0.750.75cosCCDBCWSTCCDBahhzPahhzppa-+-fl+-1I

貨艙內(nèi)縱向構(gòu)件貨艙內(nèi)橫向構(gòu)件

式中：

pc------礦砂密度,t/m3;g-------重力加速度，取9.81m/s2;(a\|/a22sinsinIcos-

+=CK

a-板與水平面之間的夾角，度;v——礦砂的休止角，取為35°;

aX、aY和aZ——分別是所考慮貨艙的縱向加速度、橫向加速度和垂向加

速度,m/s2,由載荷預(yù)報(bào)直接計(jì)算得到,具體參見(jiàn)附錄1;

xG、yG------所考慮貨艙形心在全局坐標(biāo)系中的X,Y坐標(biāo),m;x,y,z-------

計(jì)算點(diǎn)在總坐標(biāo)系下的船長(zhǎng)、船寬和垂向坐標(biāo),m;hDB——雙層底高度,m;

hC——所考慮裝載工況下礦砂上表面距離內(nèi)底板的高度,m;分別按以下裝載

形式計(jì)算:(a礦砂密度使貨艙未裝載至上甲板時(shí)，礦砂貨物頂面的橫向形狀如圖

3.342(1,船

長(zhǎng)方向認(rèn)為均勻分布、沿橫向?yàn)閽佄锞€方程：

OCshzh=+

h()——貨物連線至內(nèi)底的距離,根據(jù)該艙的載貨量、貨物密度以及橫剖面形

狀計(jì)算,m;zs——貨物頂面至連線的距離,m;

2

2(1syzhb

=x-

b=B1/2,B1為拋物線頂面與艙壁相交處連線寬度;頂面至連線的最大距離為：

h=tan2

b

拋物線部分的面積為:

A=22

tan3

bw

圖334.2(1貨物頂面形狀

(b礦砂密度足以使貨艙裝載到艙口圍板頂部時(shí)，礦砂上表面應(yīng)以艙壁為界限的

貨艙內(nèi)，按相同貨物體積所確定的等效水平表面，礦砂貨物頂面的橫向等效形狀如圖

3.342(2。

12Chhh=+

式中：

h1頂?shù)市卑逑卵刂羶?nèi)底的距離,m;

h2頂?shù)市卑逑卵刂霖浳锏刃矫娴母叨?m，根據(jù)該艙的頂?shù)?、甲板?/p>

艙口圍形狀計(jì)算：

C

HC

LBVh22=

VHC——頂?shù)市卑逑卵匾陨现僚摽趪涎氐呢浥擉w積,m3;

B2——頂?shù)市卑逑卵刂霖浳锏刃矫娴钠骄鶎挾?m,可近似取頂?shù)市卑逯?/p>

點(diǎn)處貨艙寬度；

CL——貨艙長(zhǎng)度,m;

圖3.3.4.2(2貨物頂面等效形狀

3.343液艙內(nèi)的液體載荷

液艙內(nèi)液體載荷包括液體如壓載艙內(nèi)壓載水和油艙內(nèi)燃油等液體引起的靜水壓

力和慣性壓力。

(1液體引起的靜水壓力：

(BSLtopairpgzhzp=+-

(2液體引起的慣性壓力

液體由于運(yùn)動(dòng)引起的對(duì)船體的慣性壓力由下式進(jìn)行計(jì)算：

((([]

zhzayyaxxapairTOPzyxLBW-++-+-=00p

式中：

Lp------液體密度,t/m3;

TOPz——正浮工況下液艙頂點(diǎn)的Z坐標(biāo),m;airh——空氣管或溢流管高度,

m;

ax、ay和az——分別是所考慮液艙的縱向加速度、橫向加速度和垂向加

速度,m/s2,由載荷預(yù)報(bào)直接計(jì)算得到,具體參見(jiàn)附錄1;

x,y,z------計(jì)算點(diǎn)在總坐標(biāo)系下的坐標(biāo),m;

x0,y(),z0------參考點(diǎn)坐標(biāo),m,見(jiàn)圖3.34.3(1-圖3.3.43(3;

注:對(duì)于非平行液艙，參考點(diǎn)取加速度方向上液艙頂點(diǎn)位置。

圖3.3.4.3(1垂向加速度產(chǎn)生的液艙內(nèi)部壓力

V-VI

?A

圖3.3.4.3(2橫向加速度產(chǎn)生的液艙內(nèi)部壓力

注:壓載艙設(shè)計(jì)為徑流法作為壓載水交換的方法，則參考點(diǎn)z0應(yīng)取在艙室空氣

管/溢流管的頂點(diǎn)位置處。

圖334.3(3縱向加速度產(chǎn)生的液艙內(nèi)部壓力

3.4慣性平衡及邊界條件

3.4.1空船慣性力指僅由船體結(jié)構(gòu)質(zhì)量（不包括貨物、壓載水等質(zhì)量組成的質(zhì)量

模型與節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)加速度相乘求得的慣性力。

3.4.2各節(jié)點(diǎn)上慣性力的施加及整船有限元模型的外力動(dòng)態(tài)平衡可以通過(guò)加載

及動(dòng)平衡調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。整船動(dòng)平衡調(diào)整的一般處理流程如圖3.4.2所示。其中，在完

成外部水壓力、空船慣性力和貨物載荷加載工作后,船體梁模型應(yīng)處于動(dòng)平衡狀態(tài),

此時(shí)的外部水動(dòng)壓力應(yīng)與空船慣性力和貨物載荷相平衡。對(duì)每一種載荷工況，應(yīng)計(jì)

算和檢查模型在x、y和z軸三個(gè)方向上的不平衡力的大小。在迎浪工況下,各個(gè)

方向上的不平衡力應(yīng)不超過(guò)排水量的1%;對(duì)于橫浪和斜浪工況,不平衡力的大小應(yīng)

不超過(guò)排水量的2%。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析以前,不平衡力將通過(guò)慣性釋放方法

予以消除。

圖3.4.2整船動(dòng)平衡調(diào)整的一般處理流程

3.4.3慣性釋放約束條件

整船動(dòng)態(tài)平衡調(diào)整后,計(jì)算模型已處于自由動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),為消除剛體位移,須

對(duì)模型施加邊界約束。采用慣性釋放功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析時(shí)，需要對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)

行6個(gè)自由度的約束（虛支座。針對(duì)該支座，程序首先計(jì)算在外力作用下每個(gè)節(jié)點(diǎn)

在每個(gè)方向上的加速度，然后將加速度轉(zhuǎn)化為慣性力反向施加到每個(gè)節(jié)點(diǎn)上,由此構(gòu)

造一個(gè)平衡的力系（支座反力等于零。求解得到的位移描述所有節(jié)點(diǎn)相對(duì)于該支

座的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

在MSC.Nastran和ANASYS軟件中，可通過(guò)設(shè)定參考點(diǎn)進(jìn)行邊界約束。選擇模

型中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為慣性釋放參考點(diǎn)，如圖3.4.3所示。

圖3.4.3參考點(diǎn)位置示意圖

一般在船底平板龍骨（縱中剖面處在船腦（節(jié)點(diǎn)1末端處選取為“參考點(diǎn)”，或在

船底平板龍骨（縱中剖面處在船中（節(jié)點(diǎn)2處選取為“參考點(diǎn)”。

3.5應(yīng)力衡準(zhǔn)

3.5.1整船有限元應(yīng)力衡準(zhǔn)

3.5.1.1板材（包括桁材腹板的許用應(yīng)力為：

flKe/2359.Ox=oN/mm2

3.5.1.2梁?jiǎn)卧脑S用應(yīng)力為：

口Ka/2359.Ox=cN/mm2

3.5.2局部有限元細(xì)化的應(yīng)力衡準(zhǔn)

3.5.2.1細(xì)化網(wǎng)格尺寸為1/4骨材間距時(shí),細(xì)化網(wǎng)格模型的應(yīng)力衡準(zhǔn)應(yīng)取為整船

有限元許用應(yīng)力的1.2倍。

352.2細(xì)化網(wǎng)格尺寸為1/8骨材間距時(shí),細(xì)化網(wǎng)格模型的應(yīng)力衡準(zhǔn)應(yīng)取為整船

有限元許用應(yīng)力的1.4倍。

第4章疲勞強(qiáng)度評(píng)估

4.1一般要求

4.1.1本章要求適用于船長(zhǎng)150m及以上，設(shè)計(jì)壽命為25年的礦砂船進(jìn)行疲勞強(qiáng)

度評(píng)估。

4.1.2貨艙區(qū)域縱向構(gòu)件應(yīng)按照CCS《船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度指南》的要求進(jìn)行名

義應(yīng)力法的疲勞強(qiáng)度評(píng)估。

4.1.3貨艙區(qū)主要構(gòu)件熱點(diǎn)應(yīng)力疲勞強(qiáng)度評(píng)估按照本章要求進(jìn)行。評(píng)估部位為

縱艙壁與內(nèi)底連接處。

4.1.4艙口角隅疲勞強(qiáng)度評(píng)估按照本章4.6節(jié)要求進(jìn)行。

4.2有限元建模

4.2.1整體艙段有限元模型應(yīng)滿足2.2節(jié)要求，模型范圍應(yīng)滿足222.2要求。

4.2.2熱點(diǎn)區(qū)域精細(xì)網(wǎng)格應(yīng)滿足2.2.6要求。

4.2.3采用子模型方法時(shí)子模型的最小范圍應(yīng)滿足2.533要求。

424邊界條件

4.2.4.1模型兩端應(yīng)按表4.2.4.1(1和表4.2.4.1(2要求簡(jiǎn)支。端部?jī)善拭娴目v向

構(gòu)件節(jié)點(diǎn)應(yīng)與位于中心線上中和軸處的獨(dú)立點(diǎn)剛性關(guān)聯(lián)，見(jiàn)表424.1(1。兩端獨(dú)立

點(diǎn)應(yīng)按表424.1(2約束。

兩端的剛性關(guān)聯(lián)表424.1(1

獨(dú)立點(diǎn)的支撐條件表4.2.4.1(2

4.3工況與載荷

4.3.1裝載工況

4.3.1.1疲勞強(qiáng)度評(píng)估的裝載工況取滿載、輕壓載和重壓載三種裝載狀態(tài)。

4.3.1.2對(duì)于每種裝載工況，應(yīng)于考慮的載荷工況為：

(a與EDW“H"對(duì)應(yīng)的"H1”和“H2”(迎浪

(b與EDW"F"對(duì)應(yīng)的“F1”和“F2”(隨浪

(c與EDW“R”對(duì)應(yīng)的“R1”和“R2”(橫浪

(d與EDW“P”對(duì)應(yīng)的“Pl”和“P2”(橫浪

4.3.1.3計(jì)算工況根據(jù)裝載工況與載荷工況結(jié)合，見(jiàn)表4.3.1.3o

第33頁(yè)

疲勞強(qiáng)度評(píng)估的計(jì)算工況表4.3.1.3

注:aT:型吃水;TNB:正常壓載工況下吃水;THB:重壓載工況下吃水。

備注:1計(jì)算干貨壓力時(shí),貨物密度應(yīng)取MH/VH。

2僅當(dāng)中間艙不被指定為壓載艙時(shí)，該工況才要求。

3僅當(dāng)中間艙被指定為壓載艙時(shí)，該工況才要求。

4空艙位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際裝載情況確定。

第34頁(yè)

第35頁(yè)

4.3.2載荷計(jì)算

4.3.2.1船舶運(yùn)動(dòng)加速度系數(shù)，按下式計(jì)算

(02346001.580.47pBafCL

L)

=-\)

式中：

fp——與概率水平對(duì)應(yīng)的系數(shù)，疲勞強(qiáng)度評(píng)估取0.5。CB方形系數(shù)。

4.3.2.2橫搖周期TR,s，和橫搖單幅值，deg，由下式得出：

GMkTr

R3.2=

((兀

075025.025.19000+-=

BkfTb

PR

式中：

kb------系數(shù)，?。?/p>

kb=1.2，無(wú)船:龍骨的船舶;kb=1.0，有毗龍骨的船舶;

kr——橫搖回轉(zhuǎn)半徑,m，沒(méi)有確切數(shù)值時(shí),按下式計(jì)算:kr=0.35B輕貨均勻滿

載kr=0.42B重貨均勻滿載kr=0.45B正常壓載kr=0.40B重壓載

GM——所考慮裝載工況的穩(wěn)性高度,m沒(méi)有確切數(shù)值時(shí),按下式計(jì)算:GM

=0.12B輕貨均勻滿載GM=0.25B重貨均勻滿載GM=0.33B正常壓載GM=0.25B

重壓載

4.3.2.3縱搖周期TP,s，和橫搖單幅值①,deg，由下式得出：

gTP兀入2=

4

960B

P

CV

Lf=O

式中06(1LC

S

TLTX=+

4.3.2.4垂蕩引起的加速度,m/s2,由下式得出：

第36頁(yè)

gaaheave0=

432.5橫蕩引起的加速度,m/s2,由下式得出：

gaasway03.0=

4.3.2.6縱蕩引起的加速度,m/s2,由下式得出：

gaasurge02.0=

43.2.7任意一點(diǎn)的縱向、橫向和垂向加速度參考值由下式得出：?縱向xpitch

XPsurgeXSXGXaCaCgCa++=<Dsin?橫向yrollYRswayYSYGYaCaCgC

a++=0sin?垂向zpitchZPzrollZRheaveZHZaCaCaCa++=

式中:CXG,CXS,CXP,CYG,CYS,CYR,CZH,CZR和CZP為載荷組

合因子，見(jiàn)表4.327。

載荷組合因子表4.3.2.7

apitchx------縱搖引起的縱向加速度，m/s2

第37頁(yè)

RTaPxpitch2

2180IIJI

=7171

arolly------橫搖引起的縱向加速度，m/s2

RTaRyroll2

21801IJI

arollz------橫搖引起的垂向加速度,m/s2

yTaRzroll2

2180IIJI

1/=兀兀0

apitchz------縱搖引起的垂向加速度m/s2

(

LxTaPzpitch45.021802

-Iu

其中(0.45xL-應(yīng)取不小于0.2L;

min(

,422

LCTDDRz=-+4.3.2.8靜水彎矩應(yīng)不小于下式計(jì)算得到的值,kN.m;如由設(shè)計(jì)

者規(guī)定，可考慮更大的值。

?中拱工況：

23,,175(0.710SWHWBWVHMCLBCM-=+-

?中垂工況：

23,,175(0.71OSWSWBWVSMCLBCM-=+-

式中:HWVM,和SWVM,是垂向波浪彎矩,kN-m,定義見(jiàn)432.9。4.3.2.9

垂向波浪彎矩,kN-m,按下式公式得到：

?中拱工況:

23

,19010WVHMPWBMFfCLBC-=

?中垂工況：

23

,110(0.710WVSMPWBMFfCLBC-=+

式中：

第38頁(yè)FM——分布因子(見(jiàn)圖233.3。

4.3.2.10垂向波浪剪力,kN，按下式公式得到：

230(0.710WVQPWBQFfCLBC-=+

式中：

FQ——表4.3.2.10所定義的正剪力和負(fù)剪力分布因子(見(jiàn)圖4.3.2.10。

分布因子QF表4.3.2.10

7

圖4.3.2.10分布因子FQ

4.3.2.11水平波浪彎矩,kNm，按下式公式得到：

第39頁(yè)2(0.32000WHMPWLCBLMFfCLTC=+4.3.2.12波浪扭矩,

kN-m,按下式公式得到：

(21WTWTPWTMMfM+=

式中：

2

110.4WTWBTMCBDCF=

2220.22WTWBTMCLBCF=

FT1,FT2——分布因子，定義如下：

2sin(lLx

FT兀=

(sin22Lx

FT7i=

4.3.2.13外板上任何一點(diǎn)的總壓力p,kN/m2,應(yīng)由下式得此且不應(yīng)為負(fù)值:

WSppp+=

式中：

pS——靜水壓力,定義見(jiàn)(1;

pW——視具體情況而定，與(2,(3或(4所定義的水動(dòng)壓力相等的波浪壓力,并

按(5修正。

(1靜水壓力,對(duì)各裝載工況,外板上任何一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于靜水中吃水的靜水壓力Sp,

kN/m2,由表4.3.2.13(1中公式得出(見(jiàn)圖4.3.2.13(1。

靜水壓力pS表4.3.243(1

第40頁(yè)

圖4.3.2.13(1靜水壓力pS

(2對(duì)于載荷工況Hl、H2、Fl和F2,水線以下外板上任何一點(diǎn)的水動(dòng)壓力H

p和Fp,kN/m2,應(yīng)按表4.3213(2得出。壓力pF2分布示意圖見(jiàn)圖4.3.2.13(2。

載荷工況Hl、H2、F1和F2的水動(dòng)壓力表4.3.2.13(2式中：

12(1253++-+=iLCinlpHFByTzLLCffpX;K0.12<i

By

,z應(yīng)取不大于LCiT

nlf:考慮非線性影響的系數(shù)，?。?/p>

nlf=O9,對(duì)10-8概率水平

nlf=1.0,對(duì)10-4概率水平

k——沿船舶縱向的幅值系數(shù)，?。?/p>

3

5.021(121-+=L

xBy

CkB,對(duì)5.0/0.0<<Lx

3

5.043(6

1-+=L

xByCkB,對(duì)0.1/5.0<<Lx

kp——沿船舶縱向的相位系數(shù)，取:

第41頁(yè)

25.0

5.02cos(25.1(+—=S

LCSLC

pTTLLxTTk兀，對(duì)局部強(qiáng)度分析(非滿

載工況，直接強(qiáng)度分析和疲勞強(qiáng)度評(píng)估

pk=-1.0,對(duì)局部強(qiáng)度計(jì)算(滿載工況

X------波長(zhǎng),m，取：

LTTS

LC

1(6.0+=X，對(duì)載荷工況H1和H2

LTTS

LC

321(6.0+=兒對(duì)載荷工況F1和F2

圖4.3.2.13(2船中處水動(dòng)壓力pF2的分布

(3對(duì)于載荷工況R1和R2,水線以下外板上任何一點(diǎn)的水動(dòng)壓力Rp,kN/m2

，應(yīng)

由下列公式得出。壓力IRp的分布示意圖見(jiàn)圖4.3.2.13(3。

12(12588.Osin10(l+-++=By

LLCfyfppnlRXO

12RRpp-=

式中:

fnl考慮非線性影響的系數(shù)，取:

nlf=0.8,對(duì)10-8

概率水平

nlf=1.(),對(duì)10-4概率水平

2

2RTg

兀九=

y——載荷點(diǎn)Y坐標(biāo),m，左舷取為正值

第42頁(yè)

圖4.3.2.13(3船中處水動(dòng)壓力pR1的分布

(4對(duì)于載荷工況P1和P2,水線以下外板上任何一點(diǎn)的水動(dòng)壓力pp,kN/m2

，應(yīng)

由表4.3.2.13(3得出。壓力Ipp的分布示意圖見(jiàn)圖432.13(4。

載荷工況P1和P2的水動(dòng)壓力表4.3.2.13(3

式中：

2

32(125

5.4B

yTz

LLCffpLCinlpp+?+=九

nlf——考慮非線性影響的系數(shù)，?。?/p>

nlf=0.65,對(duì)10-8

概率水平

nlf=1.0,對(duì)10-4概率水平

LTTS

LC

4.02.0(+=入

y------載荷點(diǎn)Y坐標(biāo),m，定義見(jiàn)[1.4.1];

第43頁(yè)

圖4.3.2.13(4船中處水動(dòng)壓力Ipp的分布

(5對(duì)于水線處的正水動(dòng)壓力(載荷工況Hl、H2、Fl、RkR2和Pl,舷側(cè)處

水線以上的水動(dòng)壓力CWp,,kN/m2,由下式得出(見(jiàn)圖4.3.2.13(5:

?(,,zTgppLCiWLWCW-+=p,LCiWLCiThzT+<<

?0,=CWp,對(duì)LCiWThz+N

式中：

WLWp,——所考慮載荷工況下在水線處的正水動(dòng)壓力gphWL

WWp,=

對(duì)于水線處的負(fù)水動(dòng)壓力(載荷工況Hl、H2、F2、RI、R